СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ ВЗЛЕТА АВТОЖИРА Российский патент 2008 года по МПК B64C27/02 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к эксплуатации автожиров.

Уровень техники

Известен способ выполнения взлета автожира с разбегом [Жабров, Автожир и геликоптер, 1939 г., Глава VI; Миль М.Л. О разбеге автожира // Техника Воздушного Флота, 1934, №5], выполняемый следующим образом: осуществляется стартовая раскрутка несущего винта от работающей силовой установки, затем размыкается трансмиссия, увеличивается тяга силовой установки и начинается разбег. На разбеге выполняется набор скорости и осуществляется раскрутка несущего винта от набегающего потока до оборотов, достаточных для взлета. Взлет выполняется увеличением угла атаки ротора с помощью ручки управления. Недостатком такого способа взлета является наличие участка разбега (фиг.1), что ограничивает эксплуатационные возможности автожира, в первую очередь, эксплуатацию в безаэродромных условиях. А при недостаточно высокой тяговооруженности, небольшой мощности трансмиссии автожира, необходимости на разбеге выполнять одновременно с набором скорости и раскрутку несущего винта - все это приводит к медленному набору скорости, длина разбега получается значительной. Из-за этого утрачивается одно из основных преимуществ автожира: короткие взлет и посадка.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является прыжковый взлет автожира [Жабров, Автожир и геликоптер, 1939 г., Глава VII; Миль М.Л. Автожир, взлетающий без разбега // Техника Воздушного Флота, 1935. №8]. Такой способ взлета может быть реализован на автожирах, оснащенных мощной трансмиссией, позволяющей выполнить стартовую раскрутку несущего винта до оборотов, выше полетных, и оснащенных системой управления общим шагом несущего винта или ее эквивалентом (например, наклонными вертикальными шарнирами). Прыжковый взлет осуществляется следующим образом: выполняется стартовая раскрутка несущего винта на минимальном угле общего шага до оборотов, превышающих полетные; затем трансмиссия размыкается, тяга силовой установки увеличивается до максимальной, общий шаг несущего винта увеличивается до полетного значения или значения, превышающего полетное, и выполняется собственно взлет. Взлет производится «с места» (фиг.1) за счет избытка кинетической энергии вращения ротора автожира, со снижением частоты вращения несущего винта. После взлета выполняют набор воздушной скорости и восстановление оборотов несущего винта. Для восстановления оборотов несущего винта необходимо практически сразу после взлета уменьшать общий шаг до полетного значения, при котором обеспечивается устойчивая авторотация, парируя возникающую просадку увеличением угла атаки ротора. Такая схема взлета имеет серьезные недостатки, главные из которых - сложная техника пилотирования и низкая безопасность. В случае отказа двигателя на участке взлета, когда автожир еще не успел набрать достаточной поступательной скорости для парирования начавшегося снижения и нет запаса по числу оборотов несущего винта и углу общего шага, исключается возможность безопасной посадки. Таким образом, при прыжковом взлете не обеспечивается безопасность при отказе двигателя на участке взлета. В случае несвоевременного уменьшения значения общего шага частота вращения ротора может быстро упасть до опасного предела, при котором не обеспечивается авторотация. Кроме того, такой взлет энергетически не оптимален, так как требует значительных энергетических затрат как на набор скорости, который осуществляется уже в воздухе одновременно с удержанием автожира от недопустимой просадки, так и на раскрутку несущего винта от набегающего потока для восстановления его полетных оборотов.

Раскрытие изобретения

Задачей данного изобретения является разработка энергетически эффективного и максимально безопасного способа выполнения взлета автожира с коротким разбегом.

Технический результат, достигаемый предложенным способом выполнения взлета автожира, заключается в повышении безопасности взлета, а также увеличении его энергетической эффективности, в первую очередь, при взлете в перегрузочном варианте.

Для достижения указанного технического результата предлагается следующий способ выполнения взлета. От работающей силовой установки производится стартовая раскрутка несущего винта на минимальном угле общего шага до оборотов, превышающих полетное значение. Затем несущий винт отключают от силовой установки, увеличивают тягу силовой установки до максимальной, и автожир осуществляет разбег по поверхности земли. Несущий винт при этом удерживается нейтрально или под отрицательным углом к потоку, общий шаг лопастей несущего винта имеет минимальное значение. Отрыв выполняется по достижении необходимой скорости путем увеличения общего шага несущего винта до полетного значения или значения, превышающего полетное на безопасную величину (величину, при которой сохраняется минимальный безопасный запас авторотации).

Отличительными признаками предлагаемого способа взлета от прототипа является то, что после отключения несущего винта от силовой установки и увеличения ее тяги до максимальной осуществляют разбег автожира при минимальном угле общего шага, несущий винт при этом располагают нейтрально или под отрицательным углом к потоку, при достижении скорости отрыва общий шаг несущего винта увеличивают до полетного значения или значения, превышающего полетное на безопасную величину, и выполняют отрыв.

Повышение безопасности обеспечивается благодаря тому, что после отрыва автожир имеет поступательную скорость, безопасные значения частоты вращения несущего винта (фиг.2) и угла общего шага. Это позволяет выполнить безопасную посадку в случае отказа двигателя, осуществив выравнивание за счет «гашения» воздушной скорости, либо выполнить посадку с «подрывом» общего шага. После взлета по предлагаемому способу отпадает необходимость в своевременном уменьшении общего шага при жестком контроле оборотов несущего винта. Это освобождает внимание летчика и исключает возможность выхода несущего винта из режима авторотации. Кроме того, упрощается пилотирование автожира после отрыва, так как имеется достаточная воздушная скорость.

Увеличение энергетической эффективности, по сравнению с прыжковым взлетом, обеспечивается благодаря тому, что энергетически наиболее затратный участок набора скорости от нуля до значения, необходимого для взлета, приходится не на движение в воздухе, а при движении по земле, что требует значительно меньших затрат энергии и дистанции. Разбег происходит с большим ускорением из-за отсутствия аэродинамического сопротивления ротора, удерживаемого нейтрально (более того, при наклоне ротора вперед он создает дополнительную тягу).

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлены траектории взлета автожира, выполненного различными способами.

На фиг.2 приведены графики изменения частоты вращения несущего винта по времени при различных способах взлета.

На фиг.3 - формы траектории прыжкового и рассматриваемого способов взлета при различных значениях взлетной массы автожира.

На фиг.4 приведены зависимости длины взлетной дистанции от массы автожира при выполнении взлетов различными способами.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведены четыре траектории взлета автожира при реализации взлета с разбегом, предлагаемого способа взлета (при увеличении угла общего шага до полетного значения и значения, на 2° превышающего полетное значение), и прыжкового взлета. Параметры движения получены при моделировании на имитационной модели пространственного управляемого движения автожира, имеющего характеристики автожира А-002М, при одинаковых начальных условиях:

- начальная частота вращения НВ n₀=420 об/мин;

- взлетная масса m₀=800 кг;

- режим работы СУ - взлетный (стартовая тяговооруженность

Полетное значение угла общего шага ϕ₀₇=4°.

Обозначения:

L_разб. - длина разбега, м;

L_дист. - взлетная дистанция, проходимая до набора высоты Н=12 м.

На фиг.2 приведены зависимости изменения частоты вращения несущего винта от времени, иллюстрирующие большую безопасность рассматриваемого способа взлета (кривые 2 и 3) по сравнению с прототипом.

На фиг.3 приведены траектории прыжкового и предлагаемого способов взлета автожира при различных взлетных массах, иллюстрирующие неблагоприятное влияние увеличения взлетной массы на характеристики прыжкового взлета, и соответственно невозможность эксплуатации автожира в перегрузочном варианте при использовании прыжкового взлета.

На фиг.4 приведены графики зависимостей взлетной дистанции (до набора высоты 12 м) от взлетной массы автожира при выполнении прыжкового взлета и взлета по предлагаемому способу (общий шаг увеличивался до полетного значения).

Цифрами подписаны следующие кривые.

На фиг.1, 2 (m₀=800 кг, рассматриваются различные типы взлетов);

1 - траектория прыжкового взлета;

2 - траектория предлагаемого способа взлета, увеличение общего шага до полетного на скорости V=50 км/ч;

3 - траектория предлагаемого способа взлета, увеличение общего шага до безопасного значения, на 2° превышающего полетное значение на скорости V=30 км/ч;

4 - взлет с разбегом.

Как следует из графиков фиг.1, при прыжковом способе взлета, выбранном за прототип, отсутствует участок разбега, но получается самая длинная дистанция (m₀=const) L_дист.=220 м; значительная часть времени участка взлета выполняется в области опасных сочетаний высоты и скорости при снижении частоты вращения несущего винта и максимальном угле общего шага.

При предлагаемом способе взлета получены следующие характеристики взлета:

- при увеличении общего шага до полетного значения на достаточной для отрыва скорости V=50 км/ч, длина разбега составляет L_разб.=30 м, а взлетная дистанция L_даст.=120 м;

- при увеличении общего шага до безопасного значения, превышающего полетное на 2°, на достаточной для отрыва скорости V=30 км/ч длина разбега составляет L_разб.=5 м, но взлетная дистанция увеличивается до L_дист.=162 м, приближаясь к дистанции прыжкового взлета.

При взлете с разбегом длина разбега составляет L_разб.=66 м, а дистанция - L_дист.=152 м.

Сравнивая предлагаемый способ взлета с известными, можно отметить, что он дает выигрыш во взлетной дистанции, при этом обеспечивается малая длина разбега (5...30 м для рассмотренных случаев).

При реализации рассматриваемого способа взлета обеспечивается большая безопасность, так как не происходит потери оборотов несущего винта ниже опасного значения (фиг.2). Кроме того, имеется достаточная поступательная скорость, не меньшая скорости отрыва в начальный момент, и запас угла общего шага для обеспечения возможности совершения мягкой посадки в случае отказа двигателя на участке взлета.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют влияние взлетной массы на характеристики взлета. При увеличении взлетной массы характеристики взлета при прыжковой схеме ухудшаются очень быстро, а, начиная с определенного значения взлетной массы, прыжковый взлет не реализуется. При таком же увеличении взлетной массы характеристики взлета при использовании предлагаемого способа ухудшаются в гораздо меньшей степени (фиг.4).

Сравнивая предлагаемый способ взлета с прототипом по критерию взлетной дистанции, можно прийти к выводу, что при малых взлетных массах (m₀≤740 кг) предпочтительным является прыжковый взлет, а при больших массах - рассматриваемый. Использование предлагаемого способа взлета при выполнении полетов в перегрузочном варианте дает значительный выигрыш во взлетной дистанции: при массе 900 кг взлетная дистанция в 2,6 раза короче.

На фиг.3 (траектории прыжкового и предлагаемого способов взлета при различных взлетных массах) обозначено:

5 - траектория прыжкового взлета при m₀=700 кг;

6 - траектория прыжкового взлета m₀=900 кг;

7 - траектория предлагаемого способа взлета (увеличение угла общего шага до полетного значения) при m₀=700 кг;

8 - траектория предлагаемого способа взлета (увеличение угла общего шага до полетного значения) при m₀=900 кг.

Результаты моделирования подтверждаются материалами летных испытаний автожира А-002М.

Изобретение относится к авиационной технике. Способ выполнения взлета автожира включает стартовую раскрутку несущего винта от работающей силовой установки на минимальном угле общего шага до оборотов, превышающих полетное значение, отключение несущего винта от силовой установки, увеличение тяги силовой установки до максимальной и разбег по поверхности земли. Несущий винт при этом удерживается нейтрально или под отрицательным углом к потоку, общий шаг лопастей несущего винта имеет минимальное значение. Отрыв выполняется по достижении необходимой скорости путем увеличения общего шага несущего винта до полетного значения или значения, превышающего полетное на безопасную величину. Изобретение повышает безопасность взлета, а также увеличивает энергетическую эффективность автожира. 4 ил.

Способ выполнения взлета автожира, включающий стартовую раскрутку несущего винта от работающей силовой установки на минимальном угле общего шага до оборотов, превышающих полетные, отключение несущего винта от силовой установки, увеличение тяги силовой установки до максимальной, увеличение общего шага лопастей несущего винта и выполнение отрыва, отличающийся тем, что после отключения несущего винта от силовой установки и увеличения ее тяги осуществляют разбег при минимальном угле общего шага, несущий винт при этом располагают нейтрально или под отрицательным углом атаки к потоку, по достижении скорости отрыва общий шаг несущего винта увеличивают до полетного значения или значения, превышающего полетное на безопасную величину, и выполняют отрыв.